Teoría
Cuántica
La
física cuántica, también conocida
como mecánica ondulatoria, es la rama de
la física que estudia el comportamiento de
la materia cuando las dimensiones de ésta
son tan pequeñas, en torno a 1.000 átomos,
que empiezan a notarse efectos como la imposibilidad
de conocer con exactitud la posición de una
partícula, o su energía, o conocer
simultáneamente su posición y velocidad,
sin afectar a la propia partícula (descrito
según el principio de incertidumbre de Heisenberg).
Surgió
a lo largo de la primera mitad del siglo XX en respuesta
a los problemas que no podían ser resueltos
por medio de la física clásica.
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Los
dos pilares de esta teoría son:
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Las partículas intercambian energía
en múltiplos enteros de una cantidad mínima
posible, denominado quantum (cuanto) de energía.
Ratificación
Experimental• La posición de las partículas viene definida por una función que describe la probabilidad de que dicha partícula se halle en tal posición en ese instante
El
hecho de que la energía se intercambie de
forma discreta se puso de relieve por hechos experimentales,
inexplicables con las herramientas de la mecánica
clásica, como los siguientes:
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Según
la Física Clásica, la energía
radiada por un cuerpo negro, objeto que absorbe
toda la energía que incide sobre él,
era infinita, lo que era un desastre. Esto lo resolvió
Max Plank mediante la cuantización de la
energía, es decir, el cuerpo negro tomaba
valores discretos de energía cuyos paquetes
mínimos denominó “quantum”.
Este cálculo era, además, consistente
con la ley de Wien (que es un resultado de la termodinámica,
y por ello independiente de los detalles del modelo
empleado). Según esta última ley,
todo cuerpo negro irradia con una longitud
de onda (energía) que depende de su temperatura.
La
dualidad onda corpúsculo, también
llamada onda partícula, resolvió una
aparente paradoja, demostrando que la luz y la materia
pueden, a la vez, poseer propiedades de partícula
y propiedades ondulatorias. Actualmente se considera
que la dualidad onda - partícula es un "concepto
de la mecánica cuántica según
el cual no hay diferencias fundamentales entre partículas
y ondas: las partículas pueden comportarse
como ondas y viceversa".
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El tamaño medio de un átomo es de una diez millonésima de milímetro, es decir, un millón de átomos situados en fila constituirían el grosor de un cabello humano … |
Aplicaciones
de la Teoría Cuántica
El
marco de aplicación de la Teoría Cuántica
se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico,
subatómico y nuclear, donde resulta totalmente
imprescindible. Pero también lo es en otros
ámbitos, como la electrónica (en el
diseño de transistores, microprocesadores
y todo tipo de componentes electrónicos),
en la física de nuevos materiales, (semiconductores
y superconductores), en la física de altas
energías, en el diseño de instrumentación
médica (láseres,
tomógrafos, etc.), en la criptografía
y la computación cuánticas, y en la
Cosmología teórica del Universo temprano.
Un
nuevo concepto de información, basado en
la naturaleza cuántica de las partículas
elementales, abre posibilidades inéditas
al procesamiento de datos. La nueva unidad de información
es el qubit (quantum bit), que representa la superposición
de 1 y 0, una cualidad imposible en el universo
clásico que impulsa una criptografía
indescifrable, detectando, a su vez, sin esfuerzo,
la presencia de terceros que intentaran adentrarse
en el sistema de transmisión. La otra gran
aplicación de este nuevo tipo de información
se concreta en la posibilidad de construir un ordenador
cuántico, que necesita de una tecnología
más avanzada que la criptografía,
en la que ya se trabaja, por lo que su desarrollo
se prevé para un futuro más lejano.
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La teleportación de hombres, aunque en un futuro lejano, es una de las aplicaciones más atractivas de la mecánica cuántica… |
En
la medicina, la teoría cuántica es
utilizada en campos tan diversos como la cirugía
láser, o la exploración radiológica.
En el primero, son utilizados los sistemas láser,
que aprovechan la cuantificanción energética
de los orbitales nucleares para producir luz monocromática,
entre otras característcias. En el segundo,
la resonancia magnética nuclear permite visualizar
la forma de de algunos tejidos al ser dirigidos
los electrones de algunas sustancias corporales
hacia la fuente del campo magnético en la
que se ha introducido al paciente.
Otra
de las aplicaciones de la mecánica cuántica
es la que tiene que ver con su propiedad inherente
de la probabilidad. La Teoría Cuántica
nos habla de la probabilidad de que un suceso dado
acontezca en un momento determinado, no de cuándo
ocurrirá ciertamente el suceso en cuestión.
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Cualquier
suceso, por muy irreal que parezca, posee una probabilidad
de que suceda, como el hecho de que al lanzar una
pelota contra una pared ésta pueda traspasarla.
Aunque la probabilidad de que esto sucediese sería
infinitamente pequeña, podría ocurrir
perfectamente.
La
teleportación de los estados cuánticos
(qubits) es una de las aplicaciones más innovadoras
de la probabilidad cuántica, si bien parecen
existir limitaciones importantes a lo que se puede
conseguir en principio con dichas técnicas.
En 2001, un equipo suizo logró teleportar
un fotón una distancia de 2 km, posteriormente,
uno austriaco logró hacerlo con un rayo de
luz (conjunto de fotones) a una distancia de 600
m., y lo último ha sido teleportar un átomo,
que ya posee masa, a 5 micras de distancia.
Fuente: Tecnologia-desarrollo
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